[发明专利]一种轻质纳米微孔陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和结构陶瓷材料交叉学科领域，特别是一种轻质纳米微孔陶瓷的制备方法。

背景技术

英国著名材料学家Cahn在《Nature》杂志上撰文指出：纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。纳米陶瓷是指显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米尺寸水平的陶瓷材料，由于纳米陶瓷晶粒的细化，晶界数量大幅度增加，可以使材料的强度、韧性与超塑性大为提高，从而对材料的力学、电学、光学、热学、磁学等性能产生重要影响。目前用于制备纳米陶瓷的纳米粉体主要有以下几种方法：1.液体处理，如溶胶凝胶法。2.气相处理，以化学气相凝聚法(CVC法)为例。化学气相凝聚法是利用气相原料在气相中通过化学反应形成基本粒子并进行冷凝聚合成纳米微粒的方法3.固相处理，以高能球磨法为例，它是利用球磨的转动或震动，使硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把粉末粉碎为纳米级微粒的方法。这些方法普遍存在生产周期长，反应条件复杂，或能源消耗较多的缺点。

近年来多孔陶瓷制备技术有了长足的进展，但是目前仍存在一些亟待解决的问题，譬如制造成本的降低问题、精确控制孔径的尺寸问题、孔隙率与强度的关系问题、凝胶注模的毒性问题等。从目前多孔陶瓷的制备来看，单一制备技术往往不能满足目前的性能指标需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能源消耗少、生产周期短的轻质纳米微孔陶瓷的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种轻质纳米微孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将原料、原生矿物与炸药相混合，并将上述混合后的物料装入密闭爆轰容器中，置入雷管，之后用防水材料将物料和雷管密封；

步骤2、向密闭爆轰容器中充入水作为保压和冷却介质；

步骤3、引爆雷管；

步骤4、收集爆轰后的产物并过筛；

步骤5、对过筛后的产物进行单相热压烧结。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1)本发明通过爆轰反应瞬间提供的巨大能量冲击粉碎原材料从而获得用于纳米陶瓷制备的纳米粉体，消耗能源极少，反应时间极短，对生产效率的提高和效益的的改善具有重大意义。2)不需额外添加造孔剂，采用TNT/RDX混合炸药为原料，利用负氧平衡条件下在充有水介质的密闭容器中爆炸产生的瞬时超高温高压，使TNT释放的自由碳原子重排、聚集、晶化后形成的纳米碳集聚体。这些纳米碳集聚体均匀分散在被粉碎的原料中，在坯料烧结过程中，被氧化成二氧化碳挥发，在烧成的陶瓷中形成均匀，孔径分布窄的微孔。3)陶瓷的孔隙率和孔径可通过调节原材料与炸药的配比从而调整碳集聚体的粒径和数量得以调节。4)由于纳米粉体的烧结温度低于常规块体材料，因此本发明中的纳米陶瓷可在比普通陶瓷低几百度的温度下完成烧结，这样不仅可以节省大量宝贵的能源，同时也利于环境的净化。5)本发明制备的纳米微孔陶瓷孔隙率高，孔径小且分布均匀，孔径及孔隙率可调，保温、吸音性能好，强度高，可广泛应用于各种墙体、屋顶、地板的隔热、隔音和保温材料；高架轻轨、高速公路、铁路的隔音屏障；高温潮湿、酸碱腐蚀并有气流冲击的恶劣工矿环境的防腐内衬；易燃、易潮及化学侵蚀等苛刻环境下的隔热、保温工程。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

附图为本发明的爆轰装置示意图。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种轻质纳米微孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将原料、原生矿物与炸药相混合，并将上述混合后的物料3装入密闭爆轰容器7中，置入雷管2，之后用防水材料将物料和雷管密封；上述原料为废淤泥、废陶瓷、废矿渣中的一种或两种及以上的混合，原料的质量百分比为50％～75％；原生矿物为长石、高岭土、粘土中的一种或两种及以上的混合，原生矿物的质量百分比为20％-45％；炸药的质量百分比为1％-15％。所述的防水材料包括油纸、塑料膜；炸药包括三硝基甲苯、硝酸铵硝化纤维、硝化甘油、黑索金、三硝基甲苯/黑索金。炸药优选TNT/RDX(三硝基甲苯/黑索金)，其中TNT/RDX的质量比为30/70～70/30。

步骤2、向密闭爆轰容器中充入水5作为保压和冷却介质；

步骤3、通过导线6引爆雷管2；爆轰温度为2000～3000K，压强为20～30GPa。

步骤4、打开放气阀4放掉密闭容器7中的气体，之后打开容器盖1收集爆轰后的产物并过筛；过筛时筛子的孔目为100目或100目以上。根据所需孔径尺寸调节所用筛子的孔目。

步骤5、对过筛后的产物进行单相热压烧结。进行单相热压烧结的温度为850℃-1150℃。